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讲好数学故事 教好高等数学
作者：吴积军
关键词：数学故事；高等数学；兴趣；创新意识
高等数学是高等院校学生的一门重要基础课程，它直接影响着学生许多专业课程的学习，是构成大学生智能结构的重要组成部分。但由于内容的抽象性和逻辑性，高等数学课堂气氛总是严肃而沉闷，思维难以活跃，知识学习难以深入，久而久之，学生容易产生乏味感，特别是一些文科类专业的学生，对它更是有一种畏惧感。
我们常常有这样的回忆：小时候常常缠着爸爸妈妈讲故事，到现在，对故事中的情节还念念不忘。奥地利物理学家弗里希（O.R.Frisch）也说过“科学家必定有孩童般的好奇心。要成为一个成功的科学家，必须保持这种孩提时的天性”。教师在为学生的数学学习而大伤脑筋的时候，不妨借助起伏跌宕的数学故事来演绎数学，调节数学课堂的气氛，调动学生的学习积极性，为学生以后的学习和生活打下良好的基础。
引发学习兴趣
兴趣是学习最有效的动力。孔子说：“知之者，不如好之者；好之者，不如乐之者”。当代著名科学家爱因斯坦也说过：“兴趣是最好的老师”。对于学生来说，兴趣是推动学习活动的内在动力。学生一旦对某一学科有了浓厚兴趣，就会产生强烈的求知欲望，诱使其主动地去学习，只有感兴趣的东西，才能想方设法去了解它、掌握它。高等数学被人们认为是严格的硬性思维活动，如果教师在课堂上讲述数学家的趣闻轶事、数学概念的起源和发展过程、古今数学方法的对比等数学故事，就能激发学生学习的兴趣，收到“化腐朽为神奇”的功效，让学生充分感受到数学的魅力，提高学习效率。如在《无穷级数》新课的引入中，先讲述蠕虫与橡皮绳的故事：一条蠕虫在长为1公里的橡皮绳的一端点上。蠕虫以每秒1厘米的速度沿橡皮绳匀速向另一端爬行，而橡皮绳以每秒1公里的速度均匀伸长，如此下去，蠕虫能否到达橡皮绳的另一端点?凭直觉，几乎所有的学生都认为蠕虫的爬行速度与橡皮绳拉长的速度差距太大，蠕虫绝不能爬到另一端。这时，教师给予适当的提示：由于橡皮绳是均匀伸长的，所以蠕虫随着拉伸也向前位移。1公里等于100，000厘米，所以在第一秒末，爬行了整个橡皮绳的1/100000，在第二秒内，蠕虫在2公里长的橡皮绳上爬行了它的1/200000，在第三秒内，它又爬行了3公里长的橡皮绳的1/300000……，所以，在第n秒末，蠕虫的爬行长度为1/1000001+(1+1/2+1/3+1/4…+1/n)。当n充分大时，这个数能否大于1？也就是括号里的和式能否大于100000呢？停顿一下，告诉学生，我们可以找到这个正整数N，使上述结果成立。也就是说蠕虫在第N秒时已经爬到了橡皮绳的另一端点。这时同学肯定议论纷纷，因为这个结论出乎意料，使人无不惊奇。然后问为什么会这样？引入正题：这是因为无穷数列是一个发散数列，它可以大于任一个有限的数值。这样引出课题，枯燥的数学内容就变得有趣、生动，使学生乐于接受，变“要学生学”为“学生要学”，学生兴趣盎然，回味无穷，且印象深刻，难以忘怀，学习效率因此而得到了显著的提高，这样讲效果好得多。
加深对数学知识的理解
数学知识引用了大量的数学语言，这使得数学知识理解起来相对困难。在数学教学时讲述数学故事还可以帮助学生克服学习中的畏难情绪、加深对数学知识的理解。如极限是高等数学中研究函数的方法，极限的概念是高等数学中许多概念的基础，但是极限的定义却是摆在所有学习高等数学的学子面前的一道难题。在讲极限的时候不妨讲述芝诺“阿基里斯和乌龟赛跑”的故事：乌龟和阿基里斯赛跑，乌龟提前跑了一段，不妨设为100米，而阿基里斯的速度比乌龟快得多，假设他的速度为乌龟的10倍，这样当阿基里斯跑了100米到乌龟的出发点时，乌龟向前跑了10米；当阿基里斯再追了这10米时，乌龟又向前跑了1米，……如此继续下去，因为追赶者必须首先到达被追赶者的原来位置，所以被追赶者总是在追赶者的前面，由此得出阿基里斯永远追不上乌龟。这显然与生活中的实际情况不相符合。古希腊人之所以被这个问题困惑了两千多年，主要是他们将运动中的“无限过程”与“无限时间”混为一谈。因为一个无限过程固然需要无限个时间段，但这无限个时间段的总和却可以是一个“有限值”。这个问题说明了古希腊人已经发现了“无穷小量”与“很小的量”这两概念间的矛盾。这个矛盾只有在人们掌握了极限知识之后，才能真正地了解。通过讲述极限理论建立过程的故事，使学生对极限定义的产生过程有清楚的了解，同时也认识到极限理论对于微积分的重要性，从而加深了对极限概念的理解。
激发爱国主义热情
在讲述函数极限时，可以向学生介绍我国庄子《天下篇》中“一尺之捶,日取其半,万世不竭”的记载和三国时期著名的数学家刘微的“割圆求周”(简称割圆术)对极限概念的贡献的故事；在介绍定积分定义时，向学生讲我国隋代建造的跨度达37米的大石桥——赵州桥，它是用一条条长方形条石砌成，一段段直的条石却砌成了一整条弧形曲线的拱圈，这也就是微积分中“以直代曲”(“以常代变”)基本思想的生动原型；讲授线性代数线性方程组的求解问题时，向学生介绍中国古代《九章算术》的历史成就，它在世界上最早提出线性方程组的概念并系统总结了一次方程的解法，实际上为在线性代数中用矩阵的初等变换法提供了雏形等。还有我国近代数学家华罗庚、陈景润等人的故事等等。由此可以看到，我们的祖国是一个历史悠久的文明古国，我们中华民族是一个对世界文明的发展做出许多贡献的伟大民族。我国在数学方面所取得的辉煌业绩，必将彪炳千秋，从而激励学生做一个德才兼备、对国家、对人民有用的人。
树立辩证唯物主义的世界观
在数学的发生与发展的过程中，概念的形成和演变，重要思想方法诸如函数、微积分、公理化、悖论等数学思想的确立与发展或重大理论的创立与沿革等，无不体现唯物辩证法的核心思想：发展、运动与变化，对立与统一。因此讲好数学故事有利于学生形成科学的辩证观、唯物观，接受辩证唯物主义思想的教育。
如在无穷小量的教学中，可以讲述“数学的第二次危机”的故事：随着牛顿莱布尼茨微积分的诞生，一方面给传统数学方法带来巨大的变革，另一方面也给传统数学带来无法理解的概念与方法，突出表现在对“无穷小”概念的理解。1734年，英国哲学家、大主教贝克莱发表《分析学家或者向一个不信正教数学家的进言》，矛头指向微积分的基础——无穷小的问题，提出了所谓贝克莱悖论。他指出：牛顿在求得导数时，采取了先给x以增量０，应用二项式，从中减去以求得增量，并除以０以求出的增量与x的增量之比，然后又让０消逝，这样得出增量的最终比。这里牛顿做了违反矛盾律的手续──先设x有增量，又令增量为零，也即假设x没有增量。他认为无穷小dx既等于零又不等于零，召之即来，挥之即去，这是荒谬，“dx为逝去量的灵魂”。这就是贝克莱悖论，微积分由此而变得“神秘”。无穷小量究竟是不是零？无穷小及其分析是否合理？这个问题引发了数学的第二次危机，直到一个半世纪以后，柯西把无穷小定义为一个以零为极限的变量才解决。对这个悖论的解释归根结底是人们对变量及有限、无限的认识缺陷，这样通过数学故事的讲述，辩证唯物主义的思想直接深入到学生的头脑中。
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